Наше је небо прекривено морем звјезданих духова; сви потенцијални фантоми који су мртви већ милионима година, а то још не знамо. То је оно о чему ћемо данас разговарати. Шта се дешава са највећим нашим звездама и како то утиче на саму шминку универзума у којој живимо.
Ово путовање започињемо посматрањем маглине Ракова. Његове дивне боје протежу се према ван у тамну празнину; небеска гробница која садржи насилни догађај који се догодио пре више миленијума. Испружите руку и потезом зглоба започнете време премотавања и посматрате како се ове прелепе маглице почињу смањивати. Како се сат вијуга уназад, боје маглице почињу да се мењају и приметићете да се смањују на једну тачку. Како се календар приближава 5. јула 1054. године, гасовити се облак осветљава и поставља се на једну тачку неба која је светла као пуни месец и видљива је током дана. Свјетлина бледи и на крају је легла тачка свјетла; звезда коју данас не видимо. Ова звезда је умрла, међутим у овом тренутку то не бисмо знали. Посматрачу пре овог датума, ова звезда се чинила вечном, као и све остале звезде. Ипак, као што знамо из наше повлаштене тачке гледишта, ова звезда ће ускоро постати супернова и родити једну од најспектакуларнијих маглина коју данас посматрамо.
Звјездани духови су погодан начин описивања многих масивних звијезда које видимо раштркане по свемиру. Оно што многи не схватају је да кад гледамо дубоко у свемир, ми не само да гледамо преко великих раздаљина, већ и завиримо у време. Једно од основних својстава свемира које прилично добро познајемо је да светлост путује ограниченом брзином: приближно 300.000.000 м / с (отприлике 671.000.000 мпх). Ова брзина одређена је многим ригорозним тестовима и физичким доказима. У ствари, разумевање ове фундаменталне константе је кључно за много онога што знамо о универзуму, посебно када је реч о Генералној Релативности и Квантној Механици. Упркос томе, познавање брзине светлости је кључно за разумевање шта мислим на звјездане духове. Видите, информације се крећу брзином светлости. Ми користимо светлост звезда да их посматрамо и из тога схватимо како оне делују.
Достојан пример овог временског заостајања је наше сунце. Наше сунце је удаљено отприлике 8 светлосних минута. Значи да светлости коју видимо од наше звезде треба 8 минута да путује од њене површине до наших очију на земљи. Да је наше сунце сада изненада нестало, не бисмо знали за то 8 минута; то не укључује само светлост коју видимо, већ чак и њен гравитациони утицај који делује на нас. Дакле, ако би сунце одмах нестало, наставили бисмо нашим орбиталним путем око наше сада непостојеће звезде још 8 минута пре него што су нас дошле гравитационе информације обавестивши нас да више нисмо гравитационо везани за то. Ово успоставља нашу космичку ограничење брзине за брзину примања информација, што значи да све што посматрамо дубоко у свемиру дође до нас као прије неколико година, гдје је „к“ његова свјетлосна удаљеност од нас. То значи да посматрамо звезду која је удаљена 10 свјетлосних година од нас као прије 10 година. Да је та звезда одмах умрла, не бисмо знали за то још 10 година. Дакле, можемо га дефинисати као "звјездани дух"; звезда која је мртва из перспективе на својој локацији, али још увек жива и здрава код нас.
Као што је описано у претходном чланку (Звезде: Дан у животу), еволуција звезде је сложена и врло динамична. Многи фактори играју важну улогу у свему, од утврђивања да ли ће се звезда уопште формирати, до величине и самим тим века трајања наведене звезде. У претходном горе поменутом чланку бавим се основама звјезданих формирања и животом онога што називамо звијездама главних секвенци, или точније звијездама које су врло сличне нашем властитом сунцу. Иако су процес формирања и живот звезде главне секвенције и звезде о којима ћемо разговарати прилично слични, постоје важне разлике у начину на који звезде које ћемо истражити умиру. Смрт звезда главних секвенци је занимљива, али се тешко упоређују са начинима савијања простора који се временски временски период завршавају.
Као што је горе поменуто, кад смо посматрали давно несталу звезду која је лежала у средишту маглице Ракова, постојала је тачка у којој је овај предмет блистао као светлост пуног месеца и могао се видети током дана. Шта би могло узроковати да нешто постане тако ведро да би било упоредиво са нашим најближим небеским суседом? С обзиром на то да је маглица Ракова удаљена 6.523 светлосних година, то је значило да нешто што је отприлике 153 милијарде пута удаљеније од нашег месеца је блистало сјајно као месец. То је било зато што је звезда постала супернова када је умрла, што је судбина звезда много веће од нашег сунца. Звезде веће од нашег сунца завршит ће у два врло екстремна стања након његове смрти: неутронске звезде и црне рупе. Обоје су вредне теме које би могле да трају недељама из курса астрофизике, али за нас данас ћемо једноставно преиспитати како се та гравитациона чудовишта формирају и шта то значи за нас.
Живот звезде је прича о блиском фузији, садржаној у стиску сопствене гравитационе присутности. Ми називамо ову хидростатску равнотежу, у којој је спољни притисак елемената који се стапају у језгри звезде једнак ономе унутрашњег гравитационог притиска који се примењује због масе звезде. У језгру свих звезда, водоник се у почетку спаја у хелијум. Овај водоник је дошао из маглице из које се звезда родила, која се спојила и срушила што је звезди дало прву прилику у животу. Током животног века звезде трошиће се водоник, а све више и више хелијумског „пепела“ кондензираће се у центру звезде. На крају ће звезди понестати водоника и фузија ће се накратко зауставити. Овај недостатак спољног притиска услед не дешавања фузије привремено омогућава гравитацији да победи и руши звезду надоле. Како се звезда смањује, густоћа, а тиме и температура у језгри звезде расте. На крају достигне одређену температуру и пепео хелијума се почиње сакупљати. Овако све звезде пролазе кроз главни део свог живота и у прве фазе своје смрти. Међутим, ово је место где звезде величине сунца и масивне звезде разговарамо о делом пута.
Звезда која је отприлике близу величине нашег сопственог сунца проћи ће кроз овај процес док не достигне угљеник. Звезде ове величине једноставно нису довољно велике да би ставиле угљеник. На тај начин, када се сав хелијум споји у кисеоник и угљеник (преко два процеса која су овде превише сложена), звезда не може да „разбије“ кисеоник и угљеник довољно за почетак фузије, гравитација победјује и звезда умире. Али звезде које имају довољно већу масу од нашег сунца (око 7к масе) могу наставити даље поред ових елемената и наставити да сијају. Они имају довољно масе да наставе овај процес „дробљења и спајања“ који је динамична интеракција у срцима ових небеских пећи.
Ове веће звезде наставиће свој процес фузије поред угљеника и кисеоника, поред силицијума, све док не дођу до гвожђа. Гвожђе је смртна нота коју певају ови блистави бехемоти, а када гвожђе почне да испуњава њихово сада умируће језгро, звезда је у смртним бацањима. Али ове огромне енергетске структуре не иду тихо у ноћ. Они излазе на најспектакуларнији начин. Када се последњи од не-гвоздених елемената споји у своје језгре, звезда започиње своју пристојност у забораву. Звезда се руши око себе јер нема начина да спречи неумољиви захват гравитације, рушећи следеће слојеве преосталих елемената током свог животног века. Овај унутрашњи слободни пад се сусреће у одређеној величини и немогуће је пробити; притисак дегенерације неутрона који присиљава звезду да се одбија према напољу. Ова огромна количина гравитационе и кинетичке енергије креће узастопно бесом који осветљава свемир, прекривајући читаве галаксије у трену. Та бес је животна крв космоса; бубањ удара у симфонијској галактики, јер ова интензивна енергија омогућава фузију елемената тежих од гвожђа, све до урана. Те нове елементе експлодирају напољу ова невероватна сила, јашући таласе енергије која их баца дубоко у космос, засијавајући свемир свим елементима које знамо.
Али шта је остало? Шта је после овог спектакуларног догађаја? Све опет зависи од масе звезде. Као што је већ споменуто, два облика која мртва масивна звезда узима су или Неутрон Звезда или Црна рупа. За Неутрон звезду формација је прилично сложена. У суштини догађаји које сам описао дешавају се, осим након што је остало од супернова све што је остало, је кугла дегенерираних неутрона. Дегенерирање је једноставно термин који применимо на облик који материја поприма када се компримира до граница које дозвољава физика. Нешто што је дегенерирано је интензивно густо, и то важи за неутронску звезду. Можда сте чули да се чајна кашичица материјала неутронске звезде тежила отприлике 10 милиона тона и да има брзину бекства (брзину потребну да се одмакне од гравитационог повлачења) око .4ц, или 40% брзине од светла. Понекад се неутронска звезда врти вртоглавим брзинама, а ми их означавамо пулсарима; име изведено из начина на који их детектујемо.
Ове врсте звезда стварају много зрачења. Неутронске звезде имају огромно магнетно поље. Ово поље убрзава електроне у њиховим звјезданим атмосферама до невјероватних брзина. Ови електрони прате линије магнетног поља неутронске звезде до њених полова, где могу да испуштају радио таласе, Кс-зраке и гама зраке (у зависности од врсте неутронске звезде). Пошто се та енергија концентрише на полове, она ствара неку врсту светионика са високоенергетским сноповима који делују попут снопа светлости из светионика. Како се звезда окреће, ове зраке помичу се много пута у секунди. Ако се Земља, а самим тим и наша опрема за осматрање, повољно усмери на овај пулсар, региструћемо те „импулсе“ енергије док нас звездани зраци преплављују. За све пулсре о којима знамо, ми смо предалеко да би нам ови зраци могли наудити. Али да смо били близу једне од ових мртвих звезда, ово радијацијско прање наше планете непрекидно би проузроковало одређено изумирање за живот какав знамо.
Шта други облик има мртва звезда; црна рупа? Како се то дешава? Ако је дегенерирани материјал онолико колико можемо разбити материју, како се појављује црна рупа? Једноставно речено, црне рупе резултат су незамисливо велике звезде, а тиме и заиста огромне количине материје која је у стању да „разбије“ овај притисак дегенерације неутрона након урушавања. Звезда у суштини пада унутра са таквом силом да пробија ову наизглед физичку границу, окрећући се себи и омотавајући простор времена у тачку бесконачне густине; јединственост. Овај невероватни догађај се дешава када звезда има отприлике 18к количину масе коју има наше сунце, а када умре, заиста је епитет физике који је отишао до крајности. Тај „додатни залогај масе“ је оно што му омогућава да сруши ову куглу дегенерираних неутрона и падне ка бесконачности. Застрашујуће је и лепо размишљати; тачка у просторном времену коју наша физика није у потпуности схваћена, а ипак нешто што знамо да постоји. Заиста изванредна ствар у вези са црним рупама је да је свемир који делује против нас. Информације које су нам потребне да бисмо потпуно разумели процесе у црној рупи су закључане иза вела који називамо хоризонт догађаја. Ово је тачка без повратка за црну рупу, за коју ништа изван ове тачке у просторном времену нема будућих стаза које воде из ње. Ништа не измиче на овој удаљености од срушене звезде у њеном језгру, чак ни светлост, па стога никакве информације никада не напуштају ову границу (бар не у облику који можемо користити). Мрачно срце овог заиста запањујућег предмета оставља много тога што би требало да пожелимо и искушава нас да пређемо у његово царство како бисмо покушали да сазнамо оно што није могуће; схватити плод са стабла знања.
Сада се мора рећи, много је тога на путу истраживања са црним рупама до данас. Физичари попут професора Степхена Хавкинга, између осталог, неуморно су радили на теоријској физици иза рада црне рупе, покушавајући да разреше парадоксе који се често појављују када покушавамо да искористимо најбоље што наша физика делује против њих. Постоји много чланака и радова о таквим истраживањима и њиховим каснијим налазима, тако да нећу уронити у њихове ситнице како обоје желе сачувати једноставност у разумевању, тако и не одвраћати од невероватних умова који раде на овим питањима. Многи сугеришу да је сингуларност математичка радозналост која у потпуности не представља шта се физички дешава. Да ствар унутар хоризонта догађаја може попримити нове и егзотичне форме. Такођер је вриједно напоменути да се у општој релативности било шта са масом може срушити на црну рупу, али ми се углавном држимо распона маса јер стварање црне рупе са било чим мањим од онога што је у том распону маса је изван нашег разумијевања како то могло да се деси. Али као неко ко проучава физику, одбацује ме да не спомињем да смо од сада на занимљивом пресеку идеја које се врло уско баве оним што се заправо догађа унутар ових спектова гравитације.
Све ово ме враћа на ствар која треба да се уради. Чињеница коју треба препознати. Док сам описивао смрт ових огромних звезда, дотакао сам се нечега што се догађа. Како се звезда раздваја од сопствене енергије и њен садржај се издувава према свемиру, догађа се нуклеосинтеза. Ово је фузија елемената ради стварања нових елемената. Од водоника до уранијума. Ови нови елементи се одбацују према невероватним брзинама, па ће сви ови елементи на крају доћи у молекуларне облаке. Молекуларни облаци (тамне маглице) су звјездане расаднице космоса. Овде почињу звезде. А од формирања звезда, добијамо планетарну формацију.
Како се звезда формира, облак крхотина састављен од молекуларног облака који је родио поменуту звезду почиње да се врти око ње. Овај облак, као што сада знамо, садржи све оне елементе који су сачињени у нашим суперновама. Угљеник, кисеоник, силикати, сребро, злато; сви присутни у овом облаку. Овај акрецијски диск о овој новој звезди је место на коме се планете формирају, коалирајући се из овог обогаћеног окружења. Куглице од камена и леда сударају се, раздвајају, раздвајају и затим реформишу док гравитација делује својим марљивим рукама да обликује ове нове светове у острва могућности. Те планете су формиране од истих истих елемената који су синтетизовани у тој катаклизмичкој ерупцији. Ови нови светови садрже цртеже живота какав знамо.
На једном од ових света настаје одређена мешавина водоника и кисеоника. Унутар ове смеше формирају се одређени атоми угљеника како би се створили репликативни ланци који следе једноставан образац. Можда се после више милијарди година, ти исти елементи које је та умирућа звезда гурнула у свемир дају живот за нешто што може подићи поглед и ценити величанство које представља космос. Можда нешто има интелигенцију да схвати да је атом угљеника унутар њега исти атом угљеника који је створен у звезди која умире и да је дошло до супернове која је омогућила том атому угљеника да се нађе у правом делу свемира на право време. Енергија која је била последњи умирући дах мртве звезде била је иста енергија која је омогућила животу да први удахне и погледа звијезде. Ови звјездани духови су наши преци. Они су отишли у форму, али још увек остају у нашем хемијском памћењу. Они постоје у нама. Ми смо супернова. Прашина смо звезда. Потичемо из звјезданих духова ...
